بررسي تأثير شيب هم زمان وجه هاي بالادست و پايين دست بر عملكرد هيدروليكي سرريز كنگره اي مستطيلي

Investigation of simultaneous slope of upstream and downstream ramps on hydraulic performance of rectangular labyrinth weir

سابقه و هدف: سرريزها سازه هاي هيدروليكي مهمي مي باشند كه براي تنظيم سطح آب، اندازه گيري جريان و تخليه سيلاب در كانال ها، رودخانه ها و مخازن سدها احداث مي شوند. سرريزها بر اساس شكل تاج در عرض رودخانه، به دو گروه مستقيم و غير مستقيم تقسيم مي شوند. يكي از راهكارهاي موثر و اقتصادي براي افزايش ظرفيت تخليه در عرض مشخص سرريزها، استفاده از سرريز كنگره اي مي باشد. هدف اصلي از طرح كنگره اي سرريزها، افزايش طول سرريز به وسيله غير خطي كردن شكل آن در پلان مي باشد. عوامل موثر بر ضريب دبي سرريز كنگره اي از موارد مهمي مي باشد كه بايد به آن توجه شود. اين مشخصه از جريان تحت تاثير پارامترهاي متعددي است كه تغيير در هر يك از آنها نسبت به حالت استاندارد، شرايط جريان و راندمان تخليه اين سازه ها را تحت تاثير قرار مي دهد. يكي از اين پارامترها شيب وجه هاي بالادست و پايين دست سرريز كنگره اي مي باشد. هدف از اين پژوهش بررسي آزمايشگاهي اثر شيب هم زمان وجه هاي بالا دست و پايين دست بر عملكرد هيدروليكي سرريز كنگره اي مستطيلي مي باشد. مواد و روش ها: در اين پژوهش 5 مدل سرريز كنگره اي مستطيلي در 4 شيب مختلف وجه هاي بالا دست و پايين دست به صورت هم زمان با استفاده از مدل آزمايشگاهي بررسي شد. پارامترهاي موثر با استفاده از تجزيه و تحليل ابعادي به روش باكينگهام در قالب شناسه هاي بدون بعد به دست آمد. آزمايش ها در فلومي با مقطع مستطيلي به طول 12 متر، عرض 0/5 متر و ارتفاع 0/8 متر با محدوده دبي 10 تا 70 ليتر بر ثانيه اجرا شد. سرريزهاي مورد آزمايش از جنس پلكسي گلاس با ضخامت 10 ميلي متر و تعداد 2 سيكل ساخته شد. سرريز ها با هندسه هاي متفاوت كه عبارتند از ارتفاع هاي 15، 20 و 25 سانتي متر و همچنين طول تاج هاي 1/075، 1/275 و 1/675 مورد بررسي قرار گرفت. زاويه شيب سرريزهاي مورد آزمايش به ترتيب از حالت سرريز كنگره اي مستطيلي بدون شيب به زاويه هاي 15، 30 و 45 درجه نسبت به راس تاج سرريز تغيير يافت. يافته ها: نتايج نشان داد در محدوده دبي هاي كم، با ايجاد شيب هم ‎زمان وجه هاي بالا دست و پايين دست در مدل سرريز كنگره اي مستطيلي، ضريب دبي سرريز نسبت به حالت بدون شيب مدل حدود 12 درصد كاهش مي يابد. با افزايش پارامتر بدون بعد Ht/P از ميزان كاهش ضريب دبي سرريز كاسته مي شود. در محدوده دبي هاي زياد ضريب دبي سرريز كنگره اي مستطيلي با شيب هم زمان وجه-هاي بالا دست و پايين دست بيشتر از ضريب دبي سرريز كنگره اي مستطيلي بدون شيب مي گردد. علاوه بر اين نتايج اين پژوهش نشان داد كه افزايش ارتفاع سرريز در مدل سرريز كنگره اي مستطيلي با شيب هم زمان وجه هاي بالا دست و پايين دست، ضريب دبي سرريز را در حدود 18 درصد افزايش مي دهد. همچنين نتايج حاكي از آن بود كه افزايش طول موثر سرريز در مدل سرريز كنگره اي مستطيلي با شيب هم زمان وجوه باعث كاهش تقريبا 13 درصدي ضريب دبي سرريز در نسبت هاي Ht/P بيشتر از حدود 0/3 مي شود. نتيجه گيري: با توجه به نتايج حاصل از اين پژوهش مي توان نتيجه گرفت كه شيب دار نمودن هم زمان وجه هاي بالا دست و پايين دست سرريز كنگره اي مستطيلي نقش موثري در كارآئي اين سرريز دارد. به طوريكه در دبي هاي بالا به منظور بهبود عملكرد هيدروليكي سرريز كنگره اي مستطيلي مي توان از ايجاد شيب هم زمان دو وجه استفاده نمود.

Background and Objectives: Weirs are one of important hydraulic structures that are constructed to regulate water surface, flow measurement and flood discharge in canals, rivers and reservoirs. According to the shape of crest across river, weirs are divided in two direct and indirect groups. Using labyrinth weir is an effective and economical way to increase discharge capacity. Main goal of labyrinth design of weirs is increase the length of weir by making the shape of it nonlinear. Effective factors on labyrinth weir’s discharge coefficient are important which should be considered. Different parameters affect this characteristic of flow and any change in one of these factors affect the flow condition and discharge coefficient. One of these parameters is downstream and upstream ramps slope of labyrinth weir. This study is concentrated on experimental investigation of simultaneous slope of downstream and upstream ramps’ effect on hydraulic performance of rectangular labyrinth weir Materials and Methods: In this study 5 models of rectangular labyrinth weir in 4 different ramp slopes were investigated in hydraulic laboratory. Effective parameters on system were obtained by dimensionless indexes using Buckingham theory. Experiments are carried out in flume with rectangular profile, it’s length, width and height are 12, 0.5 and 0.8 meters, respectively and discharge range of 10 to 70 l/s. Weirs under experiments were made of Plexiglas with 10 mm thickness and 2 cycles. Weirs including different heights of 15, 20, 25 cm and different crest’s length of 1.075, 1.275 and 1.675 cm were investigated. In this study 4 different slopes were considered for rectangular labyrinth weir including without slope, 15, 30 and 45 degrees. Results: Results indicated that in the case of upstream and downstream ramps' simultaneous slope, discharge coefficient decreased up to 7 percent compared to without slope condition. Increasing dimensionless parameter Ht/P leads to decrease discharge coefficient reduction. In the high discharge range, rectangular labyrinth discharge coefficient with upstream and downstream ramps' simultaneous slope is more than without slope condition. Furthermore, results showed that increase of weir height in rectangular labyrinth weir with upstream and downstream ramps' simultaneous slope results in discharge coefficient increase up to 13%. Increase of weir's effective length reduces the discharge coefficient up to 9% in Ht/P ratios that are more than 0.3. Conclusion: With regard to the conclusion of this study, upstream and downstream ramps simultaneous slope play a important roles in efficiency of rectangular labyrinth weir. So, two ramps simultaneous slope can be used for high discharge in order to improvement of rectangular labyrinth weir's hydraulic efficiency.